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Appareil de chauffage d'air La présente invention a pour objet un appareil de chauffage d'air, fonctionnant à la vapeur sous pression, comprenant un radiateur muni d'un premier organe régulateur d'admission de la vapeur, cet organe étant commandé par un premier thermostat comprenant un organe sensible à la température logé à l'intérieur d'une chambre dans laquelle la température est influencée, partiellement par la température de la vapeur allant au premier organe régulateur, ledit premier thermostat tendant à fermer l'organe régulateur lorsque la température de ladite chambre augmente et inversement, et partiellement par la température d'un flux d'air à chauffer guidé à travers cette chambre,
le volume de ce flux étant réglé par un secônd organe régulateur commandé par un second thermostat logé dans un espace dans lequel peut circuler l'air à chauffer.
Cet appareil est caractérisé en ce que la température dans la chambre logeant l'organe sensible à la température dudit premier thermostat est influencée continuellement par radiation de chaleur venant de la vapeur allant au premier organe régulateur et par un flux d'air venant de l'espace à chauffer et entrant dans la chambre sans être chauffé préalablement. On a représenté dans le dessin une forme d'exécution, donnée à titre d'exemple, de l'objet de l'invention.
Dans ce dessin la fig. 1 est une vue schématique, en perspective, des éléments principaux ; la fig. 2 est une vue partielle en élévation latérale à plus grande échelle, des parties étant arrachées et représentées en coupe ; les fig. 2a et 2b sont des coupes de détail par 2a-2a et 2b-2b de la fig. 2 ; la fig. 3 est une vue partielle en coupe par 3-3 de la fig. 2 ; la fig. 4 est une vue en bout d'un carter de palier d'arbre pour le ventilateur et la roue de turbine ; la fig. 5, enfin, est une coupe partielle axiale à plus grande échelle de la valve d'étranglement V d'admission de vapeur.
L'appareil de _ chauffage représenté comprend une enveloppe ou châssis en tôle 10 analogue à une boite de forme parallélépipédique comprenant une paroi supérieure 11, des côtés 12 et 12a, une paroi arrière 13, une paroi inférieure (non figurée) et, tout autour, des rebords antérieurs 14 pour la fixation au bâtiment. Des
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parties frontales 15 (fig. 2) de l'appareil s'étendent vers l'avant de l'enveloppe 10. L'appareil comporte une ouverture d'entrée d'air 16 (fig. 1) disposée de préférence près du sol et destinée à recevoir de l'air ambiant.
Un diffuseur 17 représenté schématiquement sur la fig. 1 contient et supporte un radiateur 18, un ventilateur 20 avec des ailettes 21 et des parois de réception et de direction de l'air, en forme de volutes, désignées d'une manière générale par 22 sur les fig. 1 et 2.
La force motrice pour la commande du ventilateur est fournie par une turbine à vapeur 23 (fig. 1 et 3) actionnée par la vapeur provenant du conduit S,S' (fig. 1) et allant vers le radiateur par le conduit S".
Le radiateur 18 (fig. 1 et 3) comporte des collecteurs creux 18a d'admission de vapeur et une sortie d'eau condensée 18c (visibles sur la fig. 1 seulement) et un collecteur intermédiaire 18b (fig. 3 seulement), ces collecteurs reliant entre eux les passages horizontaux de vapeur 18d (fig. 3).
Le radiateur comprend deux groupes d'ailettes, B et D ; il présente un conduit de retour de l'eau condensée C, C' (fig. 1).
Un filtre 24 est disposé entre l'ouverture 16 et le radiateur. L'air à chauffer entre par l'ouverture 16, traverse d'abord le filtre 24 en se dirigeant vers le radiateur 18 et, en le traversant, passe dans les ouvertures latérales 25 de cellules en volute 26 renfermant les roues à ailettes du ventilateur 21. Le ventilateur et les parois des cellules diffusent et chassent l'air chauffé dans l'espace, horizontalement par rapport à la partie H.
Le radiateur 18 est supporté de manière amovible par les pièces extrêmes à rebords 34b et 35b du bâti du diffuseur, comme on le voit sur la fi-. 3.
La partie H supporte aussi des carters de paliers 40 et 41 pour l'arbre 42 du rotor du ventilateur qui est prolongé vers la droite (par rapport à la fig. 3) au-delà du carter 41 de palier pour supporter la roue 43 de la turbine 23. L'indice 45 désigne le carter de la turbine.
Les parties rotatives du ventilateur et de la turbine sont faites en matériau léger et montées individuellement pour tourner librement et pour pouvoir exécuter un mouvement flottant transversal afin que la production et la transmission de vibrations sonores soient réduites au minimum et que la force motrice nécessaire soit également réduite au minimum.
Comme on le voit sur la fig. 3, l'arbre 50 du rotor comporte une partie 54 de diamètre relativement grand supportant le ventilateur, de préférence en aluminium, rainurée pour recevoir des bagues élastiques 55 entre lesquelles des pièces embouties métalliques 56 formant ventilateur, et élastiques axialement, sont fixées, à l'état comprimé, axialement par des entretoises tubulaires 57, 58, et des rondelles 59 de rattrapage de jeu.
Les parties extrêmes 60, 61 de l'arbre 50 présentent chacune un tourillon en acier inoxydable, emmanché de force dans un logement. Les tourillons 60, 61 forment des surfaces polies et de dureté appropriée pour le contact avec les alésages polis de manchons 62, 63 graphités. Une rondelle 61a est serrée fortement en place sur l'arbre. Une rondelle semblable, en acier inoxydable 61b, est maintenue serrée sur l'arbre par la roue de turbine et par son dispositif de fixation, savoir l'écrou 70. Les deux rondelles, en butant contre les extrémités du manchon 63, maintiennent dans la position axiale voulue l'arbre 50 et tous les organes supportés par lui.
Les manchons 62, 63 sont supportés élasti- quement par des ressorts en spirale légers 64, 65 dans les carters de paliers 40 et 41 correspondants construits de manière analogue, dont l'un est représenté en élévation sur la fig. 4.
Les manchons 62, 63 présentent des parties de tête sphérique 62' et 63', s'appuyant respectivement dans un collier métallique 66 et dans une bague d'étanchéité 67 pour pouvoir exécuter un mouvement assurant un autoali- gnement. Un épaulement interne du collier 66 porte du côté gauche (fig. 3) contre la partie sphérique 62' sous l'action d'un très léger ressort hélicoïdal de retenue 66' logé dans une rainure interne du collier.
La spire intérieure du ressort spiral 64 supportant le palier est engagée par expansion dans une rainure externe du
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collier 66 et les diverses spires maintiennent ainsi le manchon 63 dans une position flottante libre axialement sur le tourillon d'arbre 60, tout en permettant un mouvement flottant latéral de l'extrémité associée de l'ensemble d'arbre.
Le ressort spiral 65 du carter 41 est, par la venue en prise de sa spire interne avec la tête sphérique 63' du manchon associé, légèrement écarté élastiquement du plan normal dans lequel le ressort a été primitivement formé ; étant donné que la partie opposée axialement de la tête sphérique 63' porte contre la bague 67, cette dernière est toujours maintenue en contact étanche avec la face interne lisse de la partie 41' adjacente de carter.
La partie 41' de carter de palier est rendue étanche et insonore, par exemple au moyen d'une garniture de montage appliquée contre un rebord circulaire interne du carter de turbine 45, et autour dudit rebord. Par suite, l'air se trouvant autour de l'arbre du ventilateur, à l'intérieur de la tête de diffusion 17, ne peut pas pénétrer dans la chambre de turbine par l'ensemble de palier flottant de droite quand il existe une différence de pression entre la chambre de turbine et le diffuseur.
Le carter de turbine 45, lorsqu'il est fixé à la paroi extrême 35 du bâti de diffuseur, maintient de manière serrée une feuille 72 en fibre d'amiante lâche contre le bâti de diffuseur. Cette feuille sert principalement à absorber le son ; elle joue également le rôle de tampon amortisseur pour l'ensemble de turbine et d'amortisseur de vibrations pour la paroi de diffuseur 35 qui, sans cela, tendrait à amplifier le son engendré par le fonctionnement de la turbine à certaine vitesse critique. Le carter de palier 40 (à gauche sur la fig. 3) est boulonné à la paroi 34 de diffuseur.
L'autre carter de palier 41 a une de ses parties métalliques (41") de forme telle qu'elle présente une série circulaire de pointes 73 relativement aiguës faisant saillie au-delà de la jante de la partie complémentaire 41' de telle manière que le carter 41 tout entier et les paliers supportés par lui soient maintenus fermement en place dans la position représentée par un effet élastique de genouillère des pointes 73 lorsqu'elles sont mises en place de force dans les creux circulaires 45c' relativement plus petits destinés à les recevoir et formés dans le carter de turbine.
La fig. 4 montre le mode de fixation des ressorts spiraux 64 et 65 dans les carters de palier 40 et 41 en utilisant essentiellement la même construction pour les deux. Les boucles des deux ressorts spiraux 64 et 65 supportant les manchons centraux sont maintenues élasti- quement au centre des carters de paliers correspondants.
L'indice V (fig. 1, 2 et 5) désigne une valve d'étranglement réglant l'admission de la vapeur dans l'appareil de chauffage H ; cette valve travaille comme une tuyère double de turbine à vapeur, de telle façon que, quand le volume de vapeur en circulation est faible, la vapeur frappe encore les aubes de la turbine avec une vitesse suffisante pour produire la rotation de l'ensemble rotor de turbine et de ventilateur 20.
Un dispositif moteur M (fig. 1) commande la valve d'étranglement, par l'intermédiaire de la tige 80 non soumise au frottement et reliée à un pointeau central 81 de la valve d'étranglement (voir fig. 5). Le pointeau 81 ferme de manière variable un orifice 82 d'un manchon 83 dont l'intérieur communique constamment avec le conduit S' d'admission de vapeur par des passages latéraux 84 (fig. 5) du manchon. A son tour, le manchon 83.
s'applique contre une surface interne tronconique d'un raccord principal de tuyère 85 qui pénètre dans une ouverture 86 (fig. 3) du carter 45 de turbine et dont l'étanchéité, à l'endroit de cette ouverture, est assurée, par exemple, par une- bague élastique 87 à section circulaire (fig. 2). Le raccord 85 est maintenu fermement contre le carter de turbine.
Le pointeau 81 ouvre l'orifice 82 du manchon 83 avant que ce dernier ne puisse ouvrir l'orifice relativement plus grand du raccord 85. A cet effet, une liaison élastique est prévue entre la tige de commande 80 et le manchon 83. Comme on le voit, la tige 80 présente un épaulement 80a et le manchon comporte également un épaulement 83a. Entre ces, épaulements est disposé un ressort hélicoïdal 80b
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comprimé.
Lorsque la tige 80 se déplace dans le sens d'ouverture de la valve, sa première action est d'écarter de son siège le pointeau central 81, après quoi elle fait buter la tête formée par le pointeau 81 contre un épaulement 83b du manchon 83, ce quia pour effet de faire cesser le contact du manchon avec son siège dans le raccord 85. Pour réduire les zones d'appui (ou sièges) et pour contribuer à augmenter la liberté de fonctionnement, on donne aux conicités (81 et 83), dans l'ordre décrit d'éloignement de leurs sièges, une divergence croissante par rapport à leurs surfaces d'appui, comme le montre le dessin.
Les épaulements 83a et 83b sont obtenus en déformant radialement la paroi de la douille 83 (partie 83d) après que la tige, le ressort et le manchon-aiguille ont été assemblés les uns par rapport aux autres.
L'axe de la valve d'étranglement est, de préférence, décalé par rapport au plan médian 43x de la roue 43 de la turbine, plan par rapport auquel les aubes du rotor et les parties 43', 43", en forme d'augets, sont symétriquement disposées (fig. 3).
La roue de turbine 43 est, de préférence, une pièce coulée en aluminium présentant des aubes et des augets, comme on le voit en comparant les fig. 2 et 3. Etant donné que le bruit et le débit d'air requis limitent le diamètre et la vitesse du rotor du ventilateur, la roue de turbine est établie à une dimension plus grande que les aubes 21, afin qu'elle ait une vitesse d'aube efficace pour une vitesse moyenne de la vapeur. Les proportions représentées permettent encore la rotation de l'ensemble du rotor pour une vitesse très faible de la vapeur.
L'insonorisation de l'appareil est obtenue par la feuille 72 de fibres d'amiante lâches 88 doublée par un bourrage 89 de la même matière ou d'une matière similaire, le tout étant logé entre l'ensemble diffuseur 17 et le carter extérieur principal 10.
Le mécanisme de contrôle est principalement visible sur la fi-. 1. Le premier thermostat est du type à fluide ; il comprend, de préférence, un générateur étanche de vapeur sous pression d'un type connu et un dispositif mo- teur M qui, dans le mode de réalisation représenté, consiste en un soufflet métallique flexible 90, une ampoule génératrice de vapeur distincte 91 et un tube capillaire de communication 94. La paroi extrême mobile du soufflet est reliée directement à la tige 80 de commande de la valve d'étranglement, tige pouvant se mouvoir librement sans frottement, dans un tube 93 en métal mince dirigé, d'une manière générale, vers le haut.
La base 93a du tube 93 forme un support fixe pour le soufflet. La tige 80 et le tube 93 sont faits en un métal de faible conductibilité calorifique et ont une longueur telle qu'ils assurent l'isolation thermique du soufflet par rapport à la vapeur qui arrive.
Le tube 93 fait partie du conduit S' d'arrivée de vapeur, en amont de la valve d'étranglement. Au début du fonctionnement de l'appareil de chauffage, le tube se remplit de conden- sat. La colonne d'eau ainsi maintenue contribue à l'isolation thermique du soufflet 90 de la vapeur dans la partie supérieure élargie du tube 93 et autour de la valve d'étranglement ; en même temps, elle transmet la pression de la vapeur d'entrée à la paroi mobile du soufflet 90.
L'indice T désigne un mécanisme thermostatique primaire très sensible sur toute son étendue de fonctionnement, c'est-à-dire sensible à un faible changement de la température de l'air ambiant (de l'ordre de l,# C). Ce mécanisme T commande le dispositif moteur M qui agit à son tour sur la valve d'étranglement de la vapeur, donc d'après la température ambiante. Il est capable de provoquer sous l'influence de variations relativement petites de la température de l'air ambiant, des changements relativement grands de la température à laquelle la partie 91 du dispositif moteur M est soumise.
Ainsi, la force exercée par ce dispositif moteur sur la valve d'étranglement est plusieurs fois plus grande que celle que pourrait exercer le mécanisme de contrôle T ; le rapport peut être, par exemple de 1 : 5. En outre, il permet un contrôle entre des limites relativement espacées et il est indépendant des fluctuations de la pression de la vapeur entre les limites assez écartées.
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La force relativement grande du dispositif moteur M d'étranglement est aussi fonction de la température de la vapeur à l'entrée ; la force agissante est graduellement modifiée par le fonctionnement du thermostat primaire T.
L'ampoule 91, comme on le voit sur le dessin, est soumise à la température de la vapeur à l'entrée, étant donné qu'elle est placée dans une conduite d'air 100, de préférence en cuivre isolé extérieurement, et convenablement raccordée, de manière à réaliser un contact intime assurant la transmission de la chaleur, à une partie du tuyau d'admission de vapeur S et S', par exemple en 101. L'ampoule 91 se trouve ainsi soumise à une température relativement élevée principalement, sinon en totalité, par rayonnement de la cheminée.
Le but principal poursuivi en introduisant de l'air de l'espace à chauffer dans la cheminée sous le contrôle du thermostat T est de provoquer des variations de la température de l'ampoule en concordance avec les changements de la température de l'air à chauffer Ainsi, l'ampoule 91 est soumise à la chaleur rayonnante de la vapeur d'entrée, cette chaleur étant rayonnée par la paroi de la cheminée qui l'entoure ; concurremment, l'ampoule 91 peut être refroidie par convection.
L'ampoule et son tube capillaire sont généralement isolés thermiquement de la cheminée par une bague ou collier élastique double à rebord 102 servant à supporter fermement l'ampoule à distance des parois de la cheminée.
Le tube capillaire 94 est, de préférence, en acier inoxydable dont la conductivité thermique est très basse par comparaison avec celle du cuivre qui est généralement employé pour les tubes capillaires.
L'air introduit dans la cheminée est progressivement chauffé à mesure qu'il passe le long de la cheminée. A son tour, cette dernière étant refroidie par le passage de l'air qui y circule, elle devient progressivement plus froide depuis la sortie d'air vers l'entrée de celui-ci.
En donnant à l'ampoule une position convenable entre les extrémités de la cheminée, on peut choisir une relation désirable entre les conditions d'ouverture de l'étranglement et celles de fermeture.
Le mécanisme thermostatique T comprend un enroulement bimétallique 105 (ou bilame) qui est établi pour répondre avec une très grande sensibilité aux variations de température de l'air ambiant. L'enroulement 105 comporte un montage sur téton en 106 et une partie 107 formant un bras complètement libre qui est l'unique support d'un registre ou valve 108 pivotant à son tour librement sur le bras (voir 109, 110, fig. 2) normalement librement juxtaposé au fond oblique de la cheminée, pour contrôler le volume d'air ambiant qui peut pénétrer dans la cheminée sous 1-'action du tirage produit par sa chaleur.
Le support de l'enroulement bimétallique comprend un bras 111 convenablement sollicité, par exemple par un ressort 112, vers une came de réglage 113 dont une partie, représentée sur la fig. 1 sous la forme d'un index 131, est associée à une échelle 114 graduée en températures.
II est important que l'élément thermostatique 105 soit isolé, aussi complètement que cela est pratiquement possible, de l'appareil de chauffage. Par suite, comme on le voit sur les fig. 2 et 2b, l'enroulement est disposé dans une boîte ou garde protectrice 116 à parois légères, faite pour ménager une entrée 117 de dimensions importantes pour l'air ambiant. L'air se déplace sur l'enroulement bimétallique dans les directions indiquées par les flèches sur la fig. 2b et s'échappe principalement par des ouvertures 118 et par la partie supérieure ouverte de la boite 116 par suite de la remise en circulation de l'air ambiant sous l'action du ventilateur.
Une partie du registre de contrôle d'air (par exemple la plaque supérieure 108a, fig. 2) est, de préférence, non métallique (par exemple en amiante dure ou en matière plastique) pour former une barrière partielle contre le rayonnement calorique de la cheminée. La languette ou doigt 110 d'alignement du registre (fig. 2) et le pivot 109 supportant le registre ont une section transversale très petite ; il s'ensuit que ces éléments sont incapables de transmettre
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une quantité appréciable de la chaleur de la cheminée au serpentin.
La cheminée est montée, de préférence, dans une boîte de support 120 de forme en U, fixée, par exemple en 121, à l'enveloppe 10 de l'appareil de chauffage. Pratiquement, tout l'espace existant autour de la cheminée et à l'intérieur de la boîte 120 est garni d'un matériau isolant 122 sur toute la hauteur de la cheminée. Cette disposition concentre la chaleur de la cheminée en grande partie sur l'ampoule génératrice de vapeur 91 et, de plus, tend à empêcher les pertes de chaleur de la cheminée et le rayonnement vers l'enroulement bimétallique malgré le fait que la cheminée et l'enroulement sont très près l'un de l'autre.
La pièce 120 supporte, comme le montre le dessin, une partie de la boîte ou garde 116 du thermostat.
Le filtre 24 (fig. 1) aide à isoler l'enroulement 105 de la chaleur rayonnant à partir de l'échangeur de chaleur 18 et des parties métalliques qui lui sont associées.
Le montage à téton 106 (fig. 2b) de l'enroulement bimétallique 105 vient en prise avec les deux parois principales parallèles 116' et 116" de la boîte 116 du thermostat. L'extrémité interne 105' de l'enroulement bimétallique 105 est fermement fixée à un bras rigide 11l' en tôle en forme d' U. Le bras 111' est maintenu dans la position d'espacement convenable entre les parois latérales de garde 116' et 116" et est encore libre de pivoter lorsque cela est nécessaire pour le réglage de la position du registre.
Le ressort maintenant le bras 111 en contact avec la came 113 est constitué, dans le mode de réalisation de la fig. 2b, par un ressort hélicoïdal 112' travaillant à la torsion avec une de ses extrémités portant contre le bras de l'autre extrémité accrochée dans l'une des ouvertures d'air 118 de la paroi de garde 1l6'.
Le réglage de la came 113 du mécanisme thermostatique par rapport à son cadran gradué s'effectue par déplacement d'un coulisseau 132 sur un support 134 du bâti de l'appareil de chauffage. Un fil métallique de contrôle 133 relié à la came est fixé, par exemple au moyen d'une vis 136, au coulisseau ; ce fil comporte une boucle élastique 138 portant sur le support précité à la façon d'une détente à friction pour maintenir la came 113 dans les positions de réglage.
L'espace de vapeur constitué par le soufflet, le tube capillaire et l'ampoule est, de préférence, rempli d'un seul fluide générateur de vapeur, d'alcool méthylique, par exemple, en quantité telle qu'à la température ambiante le soufflet soit dans un état partiellement replié, la paroi supérieure du soufflet étant en contact avec une butée appropriée telle que 92, fig. 1, la valve d'étranglement étant complètement ouverte.
Le mécanisme additionnel de contrôle, représenté schématiquement sur la fig. 1, comporte un moyen assurant un échange de chaleur entre le conduit C de retour de condensa ou d'échappement de la vapeur et le soufflet 90 du moteur M. Ce moyen consiste en une portion 125 du conduit de retour formant une chambre autour du carter (93b) du soufflet, ce carter étant constitué par une partie élargie du tube collecteur de condensat 93.